voladura controlada -exsa

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Presenta…

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Presenta…

Voladura Controlada

Por el grado de fisuramiento:

Apretado Abierto

Inestabilidad con caída de cuñas o bancos

Estabilidad por mayor amarre

Efectos del diaclasamiento de la roca en la voladura convencional de túneles y

galerías de minas

Por estratificación o bandeamiento:

Inclinado Horizontal

Inestabilidad por presión lateral

Inestabilidad por tensión: Desplome de planchones

Efectos del diaclasamiento de la roca en la voladura convencional de túneles y

galerías de minas

Además de la influencia de la estructura geológica sobre el perfil final de las

excavaciones, existen factores que provocan sobreexcavación y caída de rocas

Mal dimensionado de las áreas a excavar.

Voladura sobrecargada.

Diseño de malla inapropiada a la condición de la roca.

Inapropiada selección del explosivo, según el tipo y condición de la roca.

Con Voladura Convencional

Aproximadamente 1,5 m de influencia

Dañosdespués deldisparo

Consecuencias

Fragmentación irregular : Excavabilidad y acarreo

lentos (ciclo de carga deficiente).

Bolonería excesiva : Voladura secundaria (riesgo y costo negativo).

Consecuencias

Dilución del mineral : Pérdida de valor económico.

Sobre excavación : Sostenimiento adicional (elementos e instalación).

Proceso metalúrgica : Sobrecosto de chancado y conminución (consumo de energía y chaquetas).

Empleo de Voladura Controlada o Amortiguada:

Principio: Reducción del factor de acoplamiento perimetral para limitar la sobrerotura y costos de sostenimiento posterior al disparo.

Medidas de solución

Empleo de cargas explosivas lineares de baja energía.

Taladros muy cercanos entre sí, de acuerdo a la condición del terreno y al perfil que se desea obtener.

Disparo simultáneo de todos los taladros para crear una grieta o plano de rotura continuo.

Influencia entre 0,20 y 0,50 m

Con Voladura Controlada

Estabilidaddespués deldisparo

Teoría del métodoEn voladura convencional el taladro rompe por fisuramiento radial.

En voladura controlada se debe eliminar la rotura radial, a favor de una rotura planar.

Para ello, dos cargas cercanas se disparan simultáneamente, produciendo una grieta de tensión que determina el plano de corte.

En esta grieta se infiltran los gases de explosión con efecto de cuña, expandiéndola hasta provocar la ruptura. Esta ruptura se extiende de taladro a taladro hasta provocar el corte planar periférico.

C a r a L i b r e

Zona de tensión

Zona de tensión

Taladro Taladro

E x c a v a c i ó n

R o c a e s t a b i l i z a d a

Diferencias entre Voladura Convencional y Voladura Controlada

Relación de: espaciamiento a burden: E = (1,3 a 1,5) B.

Uso de taco inerte compactado.

Máximo acoplamiento

Columna explosiva: 2/3 de la longitud del taladro.

Taco inerte sólo para mantener al explosivo dentro del taladro, no para confinarlo.

Menor espaciamiento que burden: E = (0,5 a 0,8) B.

Desacoplamiento: Explosivo de menor diámetro que el taladro.

Carga explosiva lineal distribuida a todo lo largo del taladro.

Empleo de explosivo de baja velocidad y brisance.

Disparo de todos los taladros siguiendo un orden de salida secuencial, espaciados en tiempo de acuerdo al diseño programado.

Disparo simultáneo de todos los taladros de la línea de corte, sin retardos entre sí.

Empleo de explosivo con el mayor brisance y empuje dentro de la relación energía/costo.

Diferencias entre Voladura Convencional y Voladura Controlada

Ventajas

Produce superficies de roca lisas y estables, reduce la vibración y disminuye el agrietamiento en la roca remanente.

Es una alternativa para la explotación de estructuras débiles e inestables.

Desventajas

Costo relativamente mayor que la voladura convencional por el mayor tiempo de preparación en perforación y carguío.

En material detrítico incompetente o deleznable puede no llegar a dar buen resultado.

Consideraciones Importantes

La precisión de la perforación es fundamental, tanto por el alineamiento como por el paralelismo de los taladros.

Se requiere una carga de fondo o cebo con factor de acoplamiento cercano al 100%.

El espaciamiento entre taladros en una voladura controlada depende del tipo de roca y diámetro de la perforación.

Por lo general se puede partir de un valor de:

B/E = 1 ó B/E = 1,5

Ejemplo: para taladros de contorno con diámetros de perforación entre 32 y 51 mm se recomienda la siguiente tabla práctica:

Diámetro detaladro(mm)

Diámetro detaladro(mm)

Diámetro deexplosivo

(mm)

Diámetro deexplosivo

(mm)

Carga lineal(kg/m)

Carga lineal(kg/m)

Espaciamiento

(m)

Espaciamiento

(m)

Burden

(m)

Burden

(m)

3232 1717 0,2200,220 0,40 a 0,600,40 a 0,60 0,55 a 0,750,55 a 0,75

5151 2525 0,5000,500 0,65 a 0,900,65 a 0,90 0,80 a 1,200,80 a 1,20

Control de Carga Lineal

1. Taladro con carga convencional, con explosivo de baja potencia (EXADIT) sin atacar y con taco.

Carguío continuo de cartuchos de baja potencia y de diámetro pequeño.

Esquema de carga para Voladura Controlada

Cartuchos de Exadit

Sección del taladro:

Cebo

2. Esquema del carguío en taladros periférico con cartuchos de dinamita espaciada con material inerte o aire libre y con cordón detonante a lo largo del taladro.

Esquema de carga para Voladura Controlada

Sección del taladro:

Espaciadores inertes

Taco inerte

Cordón detonante

Cebo

3. Cartuchos convencionales fijados a distancias determinadas sobre una media caña.

Ejemplo: diámetro del cartucho de 22 a 38 mm, diámetro del taladro de 50 a 75 mm y con cordón detonante axial.

Esquema de carga para Voladura Controlada

Sección del taladro:

Espacios vacíos

Taco inerte

Media caña o Carrizo cortado

Cebo

4. Taladro con explosivo especial para voladura controlada (EXSACORTE), en tubos rígidos de plástico acoplables, centrados en el taladro de mayor diámetro mediante plumas o rosetas.

Esquema de carga para Voladura Controlada

Sección del taladro:

Taco inerte

Cebo

Exsacorte

5. Taladro cargado con SOLANFO y con cordón detonante de bajo gramaje amarrado al cartucho cebo e iniciado con detonador no eléctrico (Trim Blasting).

El cordón detonante axial a lo largo de toda la columna de Solanfo, pero sin sobresalir de la boca del taladro.

Esquema de carga para Voladura Controlada

Taco inerte

SolanfoCebo

Sección del taladro:

Evaluación Evaluación de de

Resultados Resultados en la en la

Voladura ControladaVoladura Controlada

Perfil de excavación

FallaFalla

• Ninguna.• Ninguna.

MotivoMotivo

• Ninguna.• Ninguna.

SoluciónSolución

• Ninguna.• Ninguna.

Perfil de excavación

Falla

• Sobre- excavación general.

Motivo

• Sobrecarga.• Fila anterior de taladros sobrecargados.

Solución• Disminuir carga.• Aumentar el espaciado.• Distanciar fila anterior.• Aumentar tiempo de retardo entre filas de voladura primaria.

Perfil De excavación

Falla

• Sobre- excavación alrededor de los taladros.

Motivo

• La presión de tala-dro es superior a la resistencia diná-mica a compresión de la roca.

Solución

• Disminuir la densidad lineal de carga y aumentar el desacoplado.

Vista que muestra el daño que sufren las paredes de los taladros y el efecto de perturbación del entorno.

Sobre excavación alrededor del taladro.

Perfil De excavación

Falla

• Roca sobre- saliente entre los taladros.

Motivo

• Espaciado excesivo entre taladros.

Solución

• Reducir el espaciado entre taladros.• Aumentar ligera- mente la carga.

Carguío de frente con el uso de explosivos muy potentes con espaciadores

Taco Inerte

Espaciador Cebo

Acercamiento del carguío de las alzas

Alternativa de Carguío

3,35 m

0,70 m 2,60 m

Tacoinerte

Cartuchos de Exadit Espaciador Cebo

Esquema de Carguío

3,35 m

2,35 m 1,00 m

Cebo Carga

de columnaCuello

sin cargar

Carga sólo al fondo

Vista que muestra el daño en la roca ocasionado por la concentración de la masa explosiva en el fondo del taladro.

Alternativas de carguío para solución de problemas

Tacoinerte

Cartuchos de dinamita Exadit cargados en forma continua

Cebo

Tacoinerte

Cartuchos de Exadit Espaciador Cebo

Vista que muestra la caña del taladro, producto de una voladura donde la masa explosiva fue bien distribuida.

ResultadosResultadosenen

RealcesRealces

Cebo

Columna explosiva

Taco

1. Taladros verticales

Cebo

Columna explosiva

Taco

2. Resultado del disparo

1. Solución: Inclinación de taladros a 65°

2. Resultado: Superficies más lisas y estables

Zona de fragmentaciónmenuda por la concentración

de la masa explosiva por cargas muy al fondo

Zona de bancospor la falta de

masa explosiva

Energía

¿Cómo actúa la energía en un taladro de Voladura?

La energía se calcula mediante técnicas definidas, basadas en leyes de termodinámica.

Generalmente se expresa en cal/g o cal/cm3; en base a un patrón.

Energía

La carga explosiva en un taladro es en un pequeño peso o volumen, en comparación con el peso o volumen de la roca que será volada.

El explosivo puede superar esta diferencia, porque se transforma en un gran volumen de gases calientes, en una fracción de segundo.

Estos gases son los que producen el desmembramiento y desplazamiento de la roca.

La violenta expansión de estos gases produce; además, una onda compresiva que se refracta en la cara libre retornado hacia el taladro como ondas de tensión que fracturan la roca a su paso. Esto se define como impacto de la presión de detonación.

Energía

Por tanto, para utilizar eficientemente los explosivos la energía contenida en cada uno de ellos deberá ser cuantificada.Esto en especial para Voladura Controlada.

Influencia del entorno de la roca para un taladro de: = 45 mm

ANFO ( = 45 mm)

Emulsión ( = 22 mm)

Semexsa ( = 22 mm)

Exadit ( = 22 mm)

1 m

Ejemplo Ejemplo de selección de selección

de explosivo parade explosivo paraVoladura ControladaVoladura Controlada

Se sabe que la presión del taladro es la que actúa directamente en las paredes de ésta y por ello la selección del explosivo adecuado está directamente relacionada a dicha presión.

Según estudios realizados esta presión la podemos hallar con la siguiente fórmula:

Presión del Taladro

Pt = ρE x (VOD)2 x 10-3

8

Pt : presión de taladro, en MPaρE : densidad del explosivo, en g/cm3

VOD : velocidad de detonación, en m/s

Presión del Taladro

Desacoplando el taladro esta presión disminuye en relación a los radios de taladro y explosivo y la podemos obtener de:

Pt = ρE x (VOD)2 x 10-3 x (re/rt)2,6

8

Pt : presión de taladro, en MPaρE : densidad del explosivo, en g/cm3

VOD : velocidad de detonación, en m/sre : radio del cartucho explosivo, en cmrt : radio del taladro, en cm

Presión del Taladro

Si al taladro desacoplado le colocamos espaciadores de la misma longitud de los cartuchos y cordón detonante en forma axial al taladro, esta presión disminuye aún más:

Pt = ρE x (VOD)2 x 10-3 x [(re/rt) x (C)]2,6

8

Pt : presión de taladro, en MPaρE : densidad del explosivo, en g/cm3

VOD : velocidad de detonación, en m/sre : radio del cartucho explosivo, en cmrt : radio del taladro, en cmC : proporción longitudinal de la masa

explosiva en el taladro (siendo 1,0 la longitud total del taladro)

Presión del Taladro de Algunos Explosivos

Para hallar las siguientes presiones tomaremos como referencia un diámetro de taladro de 45 mm, espaciadores de igual longitud que los cartuchos (por lo tanto C = 0,5) y los siguientes productos explosivos:

Gelatina Especial 90 y 75

Semexsa 80, 65 y 45

Exadit 65 y 45

Examon – P

Solanfo

Energía de los Explosivos en MPa

Tipo de

explosivo

Dimensión del

explosivo

Carga continua

Carga desacoplada

Carga desacoplada y espaciada

Gelatina Especial 90

1 1/2” x 8” 6 390,00 4 117,05 1 672,04

Gelatina Especial 90

7/8” x 8” 6 390,00 994,14 403,75

Gelatina Especial 75

1 1/2” x 8” 5 218,13 3 362,01 1 365,40

Gelatina Especial 75

7/8” x 8” 5 218,13 811,82 329,79

Energía de los Explosivos en MPa

Tipo de

explosivo

Dimensión del

explosivo

Carga continua

Carga desacoplada

Carga desacoplada y espaciada

Semexsa 80 1 1/2” x 8” 2 986,88 1 924,43 781,56

Semexsa 80 7/8” x 8” 2 986,88 464,69 188,72

Semexsa 65 1 1/2” x 8” 2 469,60 1 591,15 646,21

Semexsa 65 7/8” x 8” 2 469,60 384,21 156,04

Energía de los Explosivos en MPa

Tipo de

explosivo

Dimensión del

explosivo

Carga continua

Carga desacoplada

Carga desacoplada y espaciada

Semexsa 45 1 1/2” x 8” 1 949,40 1 255,99 510,09

Semexsa 45 7/8” x 8” 1 949,40 303,28 123,17

Exadit 65 1 1/2” x 8” 1 701,00 1 095,55 445,09

Exadit 65 7/8” x 8” 1 701,00 646,64 107,48

Energía de los Explosivos en MPa

Tipo de

explosivo

Dimensión del

explosivo

Carga continua

Carga desacoplada

Carga desacoplada y espaciada

Exadit 45 1 1/2” x 8” 1 445,00 931,01 378,11

Exadit 45 7/8” x 8” 1 445,00 224,81 91,30

Examon – P ----- 1 226,00 200,57 -----

Solanfo ----- 1 068,65 176,28 -----

Espaciamiento entre Taladros de Contorno

Una forma sencilla de hallar el espaciamiento entre taladro para realizar una Voladura Controlada es:

E ≤ 16 x rt x (Pt + T) x 10-2

T

E : espaciamiento entre taladros, en cmrt : radio del taladro, en mmPt : Presión del taladro, en MPaT : Resistencia a la tensión, en MPa

Ejemplos PrácticosEjemplos Prácticos

Ejemplo 1

Datos de la roca:

Esfuerzo a la Compresión: 300 MPa

Esfuerzo a la Tensión: 30 MPa

Tipo de explosivo: Semexsa 45 (1 1/2 ” x 8”)

Densidad: 1,08 g/cm3

Datos del explosivo:

Velocidad de detonación: 3 800 m/s

Diámetro de taladro: 45 mm

Cálculo de la Presión del Taladro

Presión del taladro: 1 255 MPa

1 255 MPa > 300 MPa

Disminuyendo el diámetro del cartucho a 1” x 8”.

422,86 MPa > 300 MPa

Disminuyendo aún más el diámetro del cartucho a 7/8” x 8”. La presión del taladro disminuye a:

303,28 MPa > 300 MPa

La presión del taladro disminuye a: 422,86 MPa

Cálculo del Espaciamiento entre Taladros

El espaciamiento obtenido sería de:

E ≤ 40 cm

Conclusión:

Para una roca con 300 MPa de esfuerzo a la compresión, 30 MPa de esfuerzo a la tracción necesitamos:

Semexsa 45 de dimensión 7/8” x 8” con espaciadores de igual longitud que los cartuchos y el espaciamiento entre taladros de 40 cm en todo el contorno.

Ejemplo 2

Datos de la roca:

Esfuerzo a la Compresión: 150 MPa

Esfuerzo a la Tensión: 15 MPa

Tipo de explosivo: Exadit 65 (1” x 8”)

Densidad: 1,05 g/cm3

Datos del explosivo:

Velocidad de detonación: 3 600 m/s

Diámetro de taladro: 38 mm

Cálculo de la Presión del Taladro

Presión del taladro: 572,68 MPa

572,68 MPa > 150 MPa

Desacoplando más el taladro, con un diámetro de cartucho de 7/8” x 8”.

410,74 MPa > 150 MPa

Espaciando los cartuchos, obtenemos:

La presión del taladro disminuye a: 410,74 MPa

Cálculo de la Presión del Taladro

Presión del taladro: 166,81 MPa

166,81 MPa > 150 MPa

Conclusión 1:

Para una roca con 150 MPa de esfuerzo a la compresión, 15 MPa de esfuerzo a la tracción necesitamos:

Exadit 65 de dimensión 7/8” x 8” con espaciadores de igual longitud que los cartuchos y el espaciamiento entre taladros de 37 cm en todo el contorno.

Cálculo del Espaciamiento entre Taladros

El espaciamiento obtenido sería de:

E ≤ 37 cm

Alternativa 1

Cálculo de la Presión del Taladro

Tipo de explosivo: Exadit 45 (1” x 8”)

Densidad: 1,00 g/cm3

Datos del explosivo:

Velocidad de detonación: 3 400 m/s

Presión del taladro: 486,49 MPa

486,49 MPa > 150 MPa

Alternativa 2

Cálculo de la Presión del Taladro

348,92 MPa > 150 MPa

Disminuyendo el diámetro del cartucho a 7/8” x 8”.

Espaciando los cartuchos, obtenemos: 141,71 MPa

141,71 MPa < 150 MPa

La presión del taladro disminuye a: 348,92 MPa

Cálculo del Espaciamiento entre Taladros

El espaciamiento obtenido sería de:

E ≤ 32 cm

Conclusión 2:

Para una roca con 150 MPa de esfuerzo a la compresión, 15 MPa de esfuerzo a la tracción necesitamos:

Exadit 45 de dimensión 7/8” x 8” con espaciadores de igual longitud que los cartuchos y el espaciamiento entre taladros de 32 cm en todo el contorno.

…Agradece su atención